2023-2024学年安徽省合肥市百花中学等四校联考高二（下）期中物理试卷（含解析）

2023-2024学年安徽省合肥市百花中学等四校联考高二（下）期中物理试卷
一、单选题：本大题共8小题，共32分。
1.下列现象可以用多普勒效应解释的是( )
A. 雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声
B. 微风激起的水波遇到芦苇等细小障碍物，会继续传播
C. 把耳朵贴在墙壁上，能够听到隔壁房间的说话声
D. 当车向你疾驰而过时，听到的鸣笛音调会由高变低
2.带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹。如图是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，和是轨迹上的两点，匀强磁场垂直纸面向里。该粒子在运动过程中，质量和电量保持不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是( )
A. 粒子由点运动到点，带负电 B. 粒子由点运动到点，带正电
C. 粒子由点运动到点，带负电 D. 粒子由点运动到点，带正电
3.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图所示。他改变的实验条件可能是( )
A. 换用了波长更短的单色光 B. 适当减小了双缝到光屏之间的距离
C. 适当增大了双缝之间的距离 D. 换用了频率更低的单色光
4.两个滑块和用弹簧相连，置于水平的光滑地面上，滑块紧靠竖直的墙，用一外力推着使弹簧压缩后处于静止状态，如图所示。现突然撤掉推的外力，则在从释放到弹簧恢复到原长过程中，、和弹簧组成的系统( )
A. 动量守恒，机械能守恒 B. 动量不守恒，机械能守恒
C. 动量守恒，机械能不守恒 D. 动量不守恒，机械能不守恒
5.如图，固定着的钢条上端有一小球，在竖直平面内左右振动的周期为，图中是小球振动到的最左侧位置。在周期为的频闪光源照射下观察到的图像可能是( )
A. B. C. D.
6.如图所示，半圆形导线通以恒定电流，放置在匀强磁场中、已知磁感应强度大小为，导线长为，直径与磁场方向夹角为。该导线受到的安培力大小为( )
A.
B.
C.
D.
7.如图，在光滑水平面上，一质量为的球，以的速度向右运动，与质量为大小相同的静止球发生对心碰撞，撞后球的速度大小为，取球初速方向为正方向，下列说法正确的是( )
A. 该碰撞为弹性碰撞
B. 该碰撞为完全非弹性碰撞
C. 碰撞前后球的动量变化为
D. 碰撞前后球的动量变化为
8.如图所示，为柱状扇形透明介质的横截面，扇形的半径为、圆心为，点在上且、两点的距离为，为圆弧上的点。一细束单色光以入射角从点射入介质，折射光线恰好通过点，已知，，，则介质对该光的折射率为( )
A.
B.
C.
D.
二、多选题：本大题共2小题，共10分。
9.一单摆在地球表面做受迫振动，其共振曲线振幅与驱动力的频率的关系如图所示，则( )
A. 此单摆的固有频率为
B. 此单摆的摆长约为
C. 若摆长增大，单摆的固有频率增大
D. 若摆长增大，共振曲线的峰将向右移动
10.如图所示，质量为的木块甲静止在水平面上，质量为的木块乙以某一速度与木块甲发生正碰，已知碰后瞬间甲、乙两木块的动量大小之比为：，则可能为( )
A. B. C. D.
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.小婷同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验。
该同学先用游标卡尺测量小铁球的直径如图甲所示，则小铁球的直径 ______。
该同学用秒表计时，记录了单摆全振动次所用的时间如图乙所示，秒表读数为______。
若摆线的长度为，该同学由以上数据求出重力加速度 ______结果保留三位有效数字，。
若他测得的值偏小，可能的原因是______填正确答案标号。
A.测摆线长时摆线拉得过紧
B.摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现了松动，使摆线长度增加了
C.开始计时时，秒表提前按下
D.实验中误将次全振动数为次
12.如图所示，用“碰撞实验器材”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道末端碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置。接下来的实验步骤如下：
步骤：不放小球，让小球从斜槽上点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；
步骤：把小球放在斜槽前端边缘位置，让小球从点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；
步骤：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置、、离点的距离，即线段、、的长度。
上述实验除需测量线段、、的长度外，还需要测量小球的质量，为了防止碰撞后球反弹，应保证球的质量______球质量选填“大于”、“等于”或“小于”。
请由图乙读出碰撞前球的水平射程为______。
若两个小球在轨道末端碰撞过程动量守恒，则需验证的关系式为______。用题中给出的字母表示
实验中造成误差的可能原因有______。
A.用刻度尺测量线段、、的长度值
B.轨道不光滑
C.轨道末端不水平
D.轨道末端到地面的高度未测量
若测得各落点痕迹到点的距离：，，使用中数据，并知小球的质量比为：：，则系统碰撞前总动量与碰撞后总动量的百分误差______结果保留一位有效数字。
四、简答题：本大题共2小题，共26分。
13.人们对手机的依赖性越来越强，有些人喜欢躺着看手机，经常出现手机砸伤眼睛的情况。若手机质量为，从离人眼睛的高度无初速度掉落，砸到眼睛后手机未反弹，眼睛受到手机的冲击时间约为，取重力加速度，求：
手机刚落到眼睛上时速度的大小；
手机对眼睛的作用力。
14.一列横波沿轴正方向传播，与时刻的波形图如图所示，已知，求：
这列波的速度大小；
取上一问中波速最小的情况，以时刻为计时起点，写出处的质点的振动方程。
五、计算题：本大题共1小题，共16分。
15.如图所示，边界上方及半径为的半圆外侧有垂直于纸面向外的匀强磁场，半圆的圆心在上的点，为其直径。平行放置的平行板间加有恒定电压，紧靠板有一粒子源，由静止释放质量为、电荷量为的带正电的粒子，粒子经电场加速后从边上的点垂直并垂直磁场进人匀强磁场中。、间距离为，当板间的电压为时，粒子刚好打在点，不计粒子的重力，求：
匀强磁场的磁感应强度大小；
若、间的加速电压为，则粒子在进入半圆区域前，在磁场中运动的时间为多少。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、先看到闪电后听到雷声，是因为光的传播速度大于声音传播速度，故A错误；
B、在水塘里，微风激起的水波遇到小石、芦苇等细小的障碍物，会绕过它们继续传播，好像它们并不存在，这是波的衍射现象，故B错误；
C、把耳朵贴在墙壁上，能够听到隔壁房间的说话声，说明声音可以在固体中传播，与多普勒现象无关，故C错误；
D、当车向你疾驰而过时，听到的鸣笛音调会由高变低，是由于列车与观察者的距离发生变化引起的，可以用多普勒效应解释，故D正确。
故选：。
明确多普勒效应的内容，知道生活中哪些现象与多普勒效应有关，会根据多普勒效应解释相关现象。
本题考查多普勒效应的应用，要注意明确多普勒效应的基本内容，同时注意明确生活中的现象与物理知识的联系。
2.【答案】
【解析】解：带电粒子在磁场中做圆周运动时，由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：，则得粒子的轨迹半径
由题意知，粒子的动能不断减小，速率不断减小，则粒子的轨迹半径不断减小。从粒子运动轨迹可以判断可知，粒子在点的曲率半径小于在点的曲率半径，所以粒子由运动到点，在点所受到的洛伦兹力斜向左上方，由左手定则判断可知粒子带正电，故ABC错误，D正确。
故选：。
带电粒子在匀强磁场中做圆周运动时，由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律列方程，得到粒子的轨迹半径与速度的关系式，根据图示分析粒子轨迹半径的变化，从而判断粒子运动方向，再由左手定则判断粒子的电性。
解答本题时，要知道粒子在磁场中做圆周运动时，由洛伦兹力提供向心力，轨迹半径与速率成正比。
3.【答案】
【解析】解：因从图到图双缝干涉条纹间距变大，根据双缝干涉条纹间距公式可知，可能是换用了波长更长的光，或者频率更低的光，也可能适当增加了双缝到光屏之间的距离，也可能是适当减小了双缝之间的距离，故ABC错误，D正确。
故选：。
根据双缝干涉条纹间距公式分析波长、双缝到光屏之间的距离的变化，即可知道频率的变化。
本题考查双缝干涉实验，要求掌握双缝干涉的条纹间距公式，搞清干涉条纹间距与哪些因素有关。
4.【答案】
【解析】解：从释放到弹簧恢复到原长过程中，、和弹簧组成的系统受到墙壁的弹力作用，系统所受合外力不为零，系统动量不守恒；
在从释放到弹簧恢复到原长过程中，只有弹簧弹力对系统做功，、和弹簧组成的系统机械能守恒，故ACD错误，B正确；
故选：。
系统所示合外力为零时，系统动量守恒；只有重力或只有弹力做功，系统机械能守恒，根据系统受力情况与各力做功情况应用动量守恒与机械能守恒条件分析答题。
本题考查了判断系统动量与机械能是否守恒问题，知道动量守恒与机械能守恒的条件是解题的前提，应用动量守恒与机械能守恒定律即可解题。
5.【答案】
【解析】解：振动的周期是，而频闪的周期是，所以在一个周期内有三幅不同的照片；
振动的周期是，则角频率：，
在时对于的角度；
在时对应的角度：
可得时刻时与小球出现在同一个位置，都在平衡位置，时出现在最右侧位置，时在最左侧，故ABC错误，故D正确；
故选：。
由频闪的周期和振子的振动周期，结合简谐运动具有时间的对称性分析，结合平衡位置两侧对称的点到平衡位置的时间是相等的．
解决本题的关键是知道简谐运动的周期表示什么含义，掌握简谐运动时间的对称性．
6.【答案】
【解析】解：半圆形导线受到的安培力等效于长度为的直导线受到的安培力，的长度为
则该导线受到的安培力大小为，故ABD错误，C正确。
故选：。
半圆形导线受到的安培力等效于长度为的直导线受到的安培力，根据求解。
本题考查安培力的计算，关键是确定导线的等效长度：连接导线两个端点的长度，比较容易。
7.【答案】
【解析】解：已知，
、取球初速方向为正方向，对于碰撞过程，根据动量守恒定律得

解得球碰后的速度为：
则碰撞前后球的动量变化为，故C错误，D正确；
、碰撞前系统的总动能为，碰撞后系统的总动能为
则知，且碰后、速度并不相同，所以该碰撞不是弹性碰撞，也不是完全非弹性碰撞，故AB错误。
故选：。
根据动量守恒定律列方程求解球碰后的速度，再求出碰撞前后球的动量变化。计算碰撞前后系统的总动能，比较大小，判断碰撞的类型。
本题的关键要掌握动量守恒定律，解题时要注意先规定正方向，用正负号表示速度方向。
8.【答案】
【解析】解：在中，，解得，
由折射定律得，
故ABC错误，D正确；
故选：。
根据几何关系可解得折射角，根据折射定律求解。
本题主要是考查了光的折射，解答此类题目的关键是弄清楚光的传播情况，画出光路图，通过光路图根据几何关系、折射定律进行分析。
9.【答案】
【解析】解：、由共振曲线可知：当驱动力频率为时产生共振现象，此时单摆的固有频率等于驱动力的频率，故单摆的固有频率故A正确；
B、单摆的周期，由单摆周期公式得：，故B正确；
C、根据单摆周期公式知，摆长增大，单摆的周期增大，固有频率减小，故C错误；
D、当摆长增大时，固有频率减小，产生共振的驱动力频率也减小，共振曲线的“峰”向左移动。故D错误。
故选：。
根据单摆的周期公式可求得摆长；由共振曲线可知，出现振幅最大时，固有频率等于驱动力的频率。
本题考查受迫振动，要注意明确受迫振动的频率等于驱动力的频率；当受迫振动中的固有频率等于驱动力频率时，出现共振现象。熟练掌握单摆周期公式。
10.【答案】
【解析】解：设碰后甲、乙的动量大小分别为，，碰撞过程中动量守恒，规定乙的速度方向为正方向，则碰前的总动量为，根据动量守恒定律有
解得
碰撞过程中机械能不增加，则
解得
则满足
故CD正确，AB错误；
故选：。
根据碰撞的基本规律：动量守恒定律且能量不增加列式解答即可。
本题考查动量守恒定律，解题关键掌握碰撞的特点，注意动量与动能的转化。
11.【答案】
【解析】解：游标卡尺的精度为，由图甲可知小球的直径：；
分针与秒针的示数这和为秒表的示数，由秒表可读出时间为：。
由单摆周期公式：
整理有：
其中：，
代入数据解得：
、测摆线长时摆线拉得过紧，会使得摆长测量偏大，由，可知，其导致测量偏大，故A错误；
B、摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现了松动，使摆线长度增加了，使得测量的摆长偏小，根据
可知，其导致测量偏小，故B正确；
C、开始计时时，秒表提前按下，使得测量的周期偏大，由可知，其导致测量偏小，故C正确；
D、实验中误将次全振动数为次，使得测量的周期偏小，由可知，其导致测量偏大，故D错误。
故选：。
故答案为：；；；。
游标卡尺主尺与游标尺示数之和是游标卡尺示数；
根据秒表读数的方法读出；
单摆的摆长等于摆线的长度与小球半径的和，应用单摆周期公式变形后代入数据求；
根据实验步骤、需要的注意事项结合单摆的周期公式分析误差；
本题考查了用单摆测重力加速度实验的实验器材、实验注意事项与实验数据处理，理解实验原理、掌握基础知识是解题的前提；根据题意应用单摆周期公式即可解题；平时要注意基础知识的学习。
12.【答案】大于
【解析】解：为了防止碰撞后球反弹，应保证球的质量大于球质量。
用尽量小的圆将各个落点圈起来，圆心即为平均落地点，则由图乙读出碰撞前球的水平射程为。
由于两球从同一高度开始下落，且下落到同一水平面上，故两球下落的时间相同；根据动量守恒定律可得在水平方向有
故
即
用刻度尺测量线段、、的长度值可造成偶然误差，选项A正确；
B.轨道不光滑对实验无影响，只要到达底端时的速度相同即可，选项B错误；
C.轨道末端不水平，则小球不能做平抛运动，则对实验会造成误差，选项C正确；
D.两球从同一高度开始下落，则下落的时间相等，即轨道末端到地面的高度未测量对实验不会造成误差，选项D错误。
故选：。
设两球的质量分别为和，则
故答案为：大于；；；；
根据实验原理与实验操作分析，写出要验证的表达式，然后即可作出判断；
对实验进行误差分析，可知选项；
根据题意结合动量的公式解得百分误差。
本题考查验证动量守恒定律，关键还在于平抛运动的处理思路，注意寻找落地点的处理方法。
13.【答案】解：根据自由落体运动规律有
手机与眼睛作用后手机的速度变成，选取向下为正方向
解得
由牛顿第三定律可得，手机对眼睛作用力大小为，方向竖直向下
答：手机刚落到眼睛上时速度的大小为；
手机对眼睛的作用力为，方向竖直向下。
【解析】根据速度位移公式计算；
根据动量定理和牛顿第三定律计算。
本题关键掌握利用动量定理计算平均力的方法。
14.【答案】解：由图可知波长为，则
解得这列波的速度大小为
当时，波速最小，为
波的周期为
角速度
横波沿轴正方向传播，根据上下坡法可知，时刻处的质点向上振动，则以时刻为计时起点，处的质点的振动方程为
答：这列波的速度大小为；
处的质点的振动方程为。
【解析】根据波动图结合波长、波速和时间的关系分析求解；
根据振动方程结合当时，波速最小分析求解。
本题考查了波动图像，掌握波速、波长和周期的关系，理解质点在不同时刻的振动状态是解决此类问题的关键。
15.【答案】解：设粒子进入磁场时的速度大小为，根据动能定理得：
解得：
由题意知，粒子在磁场中做圆周运动的半径为
根据牛顿第二定律得：
解得：
若间的加速电压为，则粒子进入磁场时的速度为
则粒子在磁场中做圆周运动的半径为
因此粒子在磁场中做圆周运动的圆心在点，粒子在磁场中运动的轨迹如图所示
设粒子从点进入半圆区域，根据几何关系可知为正三角形，因此粒子从点运动到点的轨迹所对的圆心角为，因此粒子在磁场中运动的时间为
答：匀强磁场的磁感应强度大小为；
若、间的加速电压为，则粒子在进入半圆区域前，在磁场中运动的时间为。
【解析】根据动能定理得出粒子的速度，结合牛顿第二定律和几何关系计算出磁感应强度的大小；
分析出电压变化对粒子速度的影响，结合周期公式和几何关系计算出粒子在磁场中的运动时间。
本题主要考查了带电粒子在磁场中的运动问题，根据动能定理计算出粒子的速度，结合牛顿第二定律和几何关系分析出粒子在磁场中的运动特点即可，难度不大。
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